淺談鋯換熱管與管板焊接接頭質(zhì)量控制

孫軍民

摘 要： 本文主要對鋯制壓力容器在使用過程中所出現(xiàn)的問題（包括焊角厚度不足、待焊位置清理清潔不徹底、接頭缺陷等）進(jìn)行描述，針對所描述的問題進(jìn)行分析，并提出了在實(shí)際生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制方法。

關(guān)鍵詞： 換熱器； 管-管板； 焊接； 質(zhì)量控制

近年來，隨著石油化工行業(yè)的不斷升級，鋯作為優(yōu)良耐腐材料在熱交換器制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中換熱管與管板的焊接質(zhì)量往往成為影響熱交換器使用性能和壽命的重要控制點(diǎn)，它的好壞直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。從而使管頭的焊接成為用戶和制造單位的關(guān)注點(diǎn)。因此，管頭的焊接質(zhì)量控制顯得尤為重要。

根據(jù)多年現(xiàn)場質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，本文主要對管頭焊接常見問題（包括待焊位置清理清潔不徹底、焊角厚度不足、接頭缺陷等）進(jìn)行了分析，提出了能夠切實(shí)解決和控制實(shí)際產(chǎn)品質(zhì)量問題的措施。

1 常見的問題

1.1 焊角高度不符合圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

對于鋯熱交換器而言，設(shè)計(jì)和制造參考GB151-1999管殼式換熱器，對于焊角高度以及最小坡口尺寸都有明確要求。但是在實(shí)際制造中由于加工方法等影響，造成管板坡口偏小或偏大。再加上焊工焊接手法和操作的不穩(wěn)定性，往往達(dá)不到所要求的焊高尺寸。這樣，焊角高度小于標(biāo)準(zhǔn)要求，其承載能力降低。

1.2 焊縫的內(nèi)部缺陷

（1）保護(hù)氣體氬氣、母材、焊絲中的氫、氧、水含量較高且管板與換熱管清理不干凈時(shí)，鋯焊接時(shí)易產(chǎn)生氣孔和裂紋。

（2）焊接方法不當(dāng)時(shí)，收弧處產(chǎn)生縮孔或弧坑裂紋。當(dāng)熱交換器使用過程中，受到?jīng)_刷腐蝕時(shí)，內(nèi)部缺陷顯露出來，造成泄漏。

（3）焊接接頭無強(qiáng)度和韌性。鋯的熔點(diǎn)高約1845℃，導(dǎo)熱性能差，焊縫容易過熱，晶粒粗大；另外，由于鋯比較活潑，易與氮、氫、氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生脆性，從而使鋯焊縫的塑性和韌性下降。所以，當(dāng)使用環(huán)境中存在大的溫度差、壓力差以及焊接應(yīng)力時(shí)，換熱管-管板接頭極易泄漏，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器失效。

2 預(yù)防措施

通過以上分析，管板孔的加工、焊前清理、焊接中保護(hù)、焊接方法、焊后檢測是保證焊接接頭質(zhì)量的重要保證。

（1）管頭的焊接屬于部分焊頭性結(jié)構(gòu)，管板孔有一定的深度坡口，這樣在焊接時(shí)可保證焊角高度。所以采用加工精度較高的機(jī)床，以保證相關(guān)尺寸公差。

（2）管束組裝之前，對管頭及管板孔進(jìn)行清理清潔處理，及時(shí)組裝并做相應(yīng)保護(hù)，避免待焊位置污染；

（3）焊接之前焊絲表面采用無水乙醇擦洗干凈，焊接過程中注意焊絲頭氣體保護(hù)。

（4）用較大瓷嘴，適當(dāng)?shù)暮附託饬?，焊接時(shí)提前送氣和滯后停氣，保證焊接過程中焊縫接頭部位始終處于惰性氣體保護(hù)中。

（5）鋯的焊接通常有手工氬弧焊，而管板與換熱管的焊接是全位置焊接，手工焊接手法要求高，對焊縫成形質(zhì)量影響大，另外由于換熱管管壁較薄，管板較厚，這就需要大電流，但對接頭性能影響大，晶粒會迅速長大，惡化力學(xué)性能和耐腐蝕性，因此，建議采用脈沖管板自動焊。起弧和收弧位置見圖1。從11點(diǎn)位置起弧，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)焊接一周后在12點(diǎn)位置開始衰減，在3點(diǎn)位置收弧，焊嘴自動返回到11點(diǎn)起弧位置，準(zhǔn)備第二次焊接。

為了防止各換熱管-管板焊接接頭相互之間的焊接熱影響，因此焊接時(shí)應(yīng)采用Z形跳焊法（如圖2所示）或分區(qū)焊接。

（6）為了避免焊接過程中接頭背面氧化，消除鋯換熱管與管板之間的間隙，連接形式采用先脹后焊的順序。由于鋯的塑性偏低，鋯的脹管率不宜過高，應(yīng)盡量采用液壓脹或橡膠脹等柔性脹接，使鋯管受力均勻，防止換熱器使用過程中，管接頭發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

（7）鋯材料焊接接頭產(chǎn)生微裂紋傾向大，為了控制接頭質(zhì)量，第一遍焊接自熔后按照J(rèn)B/T4730.5-2005進(jìn)行100%滲透檢測（PT），合格后，清潔干凈，再進(jìn)行管板加絲蓋面自動焊。

焊接完成后，分別進(jìn)行接頭外觀檢驗(yàn)、滲透檢驗(yàn)、氦檢漏和最終的壓力試驗(yàn)，見表1。

3 結(jié)束語

隨著鋯換熱器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，接頭連接質(zhì)量將越來越受到重視，只有控制住接頭質(zhì)量，才能保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，從而滿足苛刻的使用環(huán)境。

參考文獻(xiàn) ：

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